DOI:10.1016/j.memsci.2020.118242
為了獲得可以同時用作超強增強基材和快速離子傳輸介質的雙功能納米纖維骨架，在此，采用通用的聚多巴胺輔助溶膠凝膠法，首次制備了二氧化硅涂覆聚偏氟乙烯（SiO2@PVDF）電紡納米纖維墊。用致密的季銨基團接枝后，得到季銨化的SiO2@PVDF（QSiO2@PVDF）。這種具有致密陽離子化表面的墊子不僅可以為超親水季銨化殼聚糖（QCS）提供可靠的機械支撐，而且可以顯著提高整個體系的離子電導率。所得的QCS浸漬膜具有高達11.9 MPa的濕強度，而純QCS幾乎不能自支撐。而且，表面高濃度的陽離子基團可以借助一維連續納米纖維建立通道狀的離子傳輸路徑，從而獲得0.041 S cm-1（80℃）的高離子電導率，比純QCS的電導率大約高出1.3倍。使用該膜的單個堿性燃料電池顯示出98.7 mW cm-2的最大功率密度。因此，這種相對獨立的機械支撐纖維芯和高濃度離子傳導表面的設計為制備高性能陰離子交換膜提供了一種新的方法。
圖1.QSiO2@PVDF納米纖維的合成過程示意圖。
圖2.（A）PVDF、PDA@PVDF、SiO2@PVDF和QSiO2@PVDF納米纖維墊的ATR-FTIR、（B）XPS和（C）TGA曲線，（D）表面涂層材料的TGA曲線。
圖3.（A，E）PVDF、（B，F）PDA@PVDF、（C，G）SiO2@PVDF、（D，H）QSiO2@PVDF納米纖維的SEM圖像。
圖4.在不同潤濕時間后，PVDF、PDA@PVDF、SiO2@PVDF和QSiO2@PVDF納米纖維墊的接觸角。
圖5.在（A）干態和（B）濕態下，PVDF基納米纖維墊的拉伸應力-應變曲線。
圖6.（A，E）QCS/PVDF、（B，F）QCS/PDA@PVDF、（C，G）QCS/SiO2@PVDF和（D，H）QCS/QSiO2@PVDF復合膜的截面SEM圖像。
圖7.（A）QCS和復合膜在不同溫度下的面積和（B）厚度膨脹、（C）吸水率和（D）電導率。
圖8.完全水合之前（A，D）和之后（B，C，E，F）的QCS和QCS/SiO2@PVDF膜的光學照片。
圖9.QCS和復合膜的（A）干和（B）濕拉伸應力-應變曲線。
圖10.干燥拉伸試驗后（A）QCS/PVDF、（B）QCS/PDA@PVDF、（C）QCS/SiO2@PVDF和（D）QCS/QSiO2@PVDF膜的橫截面SEM圖像。
圖11.（A）向下壓力測試的模具和（B）切割器，（C）向下壓力測試后的QCS、（D）QCS/PDA@PVDF膜和（E）QCS/QSiO2@PVDF膜。
圖12.QCS和復合膜的TGA曲線。
圖13.80℃下，（A）用2 M甲醇和不同濃度KOH作為燃料對QCS/QSiO2@PVDF復合膜進行ADMFC測試的極化和功率密度曲線，（B）用5 M KOH和2 M甲醇作為燃料對所有復合膜進行ADMFC測試的極化和功率密度曲線，以及（C）用5 M KOH和不同濃度甲醇作為燃料對QCS/QSiO2@PVDF復合膜進行ADMFC測試的極化和功率密度曲線。
圖14.（A）QCS/QSiO2@PVDF復合膜在80℃下用2 M甲醇進行（B）100h計時安培分析前后的極化和功率密度曲線。
